CN102339836B - 绝缘体上硅器件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种绝缘体上硅器件，其在内部设置了一用作屏蔽层的导电层，使集成电路内部的非线性可变寄生电容变为恒定寄生电容。进一步地，所述绝缘体上硅器件还在内部设置一深度增大的STI隔离区从而使该寄生电容值减小。当绝缘体上硅器件工作时，施加于器件上的射频信号会尽可能少的从该寄生电容泄露，且得到的射频信号为线性信号，符合射频设备的使用要求。

Description

绝缘体上硅器件
技术领域
本发明涉及一种绝缘体上硅器件，它应用于射频制造工艺领域。
背景技术
半导体器件持续朝高集成、高操作速度及低功耗方向发展。据此，以绝缘体上硅(SOI)基板代替硅基板构成的半导体器件愈来愈流行，这是由于由SOI基板形成的半导体器件具有许多优点，包括可以实现集成电路中元器件的介质隔离、彻底消除体硅CMOS电路中的寄生闩锁效应；另外，由SOI构成的集成电路还具有寄生电容小、集成密度高、速度快、工艺简单、短沟道效应小及特别适用于低压低功耗电路等优势。相关的绝缘体上硅基板的制作方法可以参考中国专利文件02805268.4。
下面将结合附图描述一种常规的绝缘体上硅器件。
如图1所示，绝缘体上硅衬底由硅基板11、形成于硅基板11上的埋入氧化层12、形成于埋入氧化层12上的硅层13。其中，硅基板11用于支撑整个绝缘体上硅器件，在射频(RadioFrequency)制造工艺中，常常使硅基板11的掺杂浓度尽可能降到最低从而使其具有高电阻率，硅层13可用于形成各种半导体器件。在硅层13上形成源区131、漏区132及用于隔绝源区131、漏区132的STI隔离区133，这里源区131、漏区132以N型掺杂为例，STI隔离区133上方设有金属层14，金属层14用作半导体电路中的金属互连线，硅层13与金属层14之间设有介质层15。
虽然在制造绝缘体上硅器件的过程中会尽量降低硅基板11的掺杂浓度，但不可避免的硅基板11中仍会存在少许杂质，比如氧，因此半导体电路中的含有杂质的硅基板11、金属层14、介质层15构成寄生电容。当射频设备中的绝缘体上硅器件工作时，常常会在电路中施加射频信号，例如可以在电路中设置一焊盘，焊盘连接电路，将射频信号施加给焊盘，即连接焊盘的电路也会接收到射频信号，因此金属层14通过与电路中其他部件的电连接也会受到射频信号的作用。用于射频设备中的射频信号通常为周期性变化的线性信号，当信号的大小、正负发生变化时，硅基板11、金属层14、介质层15构成的寄生电容两极板上的电荷量大小会发生非线性变化，并且其极性也会发生变化，因此该寄生电容是非线性可变电容。此时，射频信号中的一部分会由金属层14从该寄生电容泄露，另一部分射频信号会用于驱动电路中的工作器件，由于寄生电容是非线性可变电容，线性射频信号从该寄生电容泄露后，另一部分用于驱动电路中工作器件的射频信号是非线性信号，而这恰恰是射频设备使用中不希望出现的现象。
发明内容
本发明要解决的问题是使应用于射频领域的绝缘体上器件中的非线性可变寄生电容变为恒定的寄生电容，从而使射频设备中的电路使用线性的射频信号，以符合射频设备的使用要求。
为解决上述问题，本发明提供了一种半导体器件，包括：
绝缘体上硅衬底，包括硅基板、形成于所述硅基板上的埋入氧化层、形成于所述埋入氧化层上的硅层，所述硅层内设有源区、漏区及用于隔绝所述源区、漏区的STI隔离区；
所述STI隔离区的上方设有适于用作金属互连线的金属层；
所述STI隔离区上覆盖有一层接地的导电层；
所述金属层与所述导电层之间设有介质层。
可选的，所述导电层上设有填充有导电金属的通孔，所述通孔连接第二金属层，所述第二金属层接地。
可选的，所述导电层的材料为钛、氮化钛、铝、铝的合金、铜、铜的合金、掺杂硅、硅的金属化物中的一种。
为解决上述问题，本发明还提供一种绝缘体上硅器件，包括：
绝缘体上硅衬底，包括硅基板、形成于所述硅基板上的埋入氧化层、形成于所述埋入氧化层上的硅层，所述硅层上设有源区、漏区及用于隔绝所述源区、漏区的STI隔离区，所述STI隔离区的底部延伸至所述硅基板与所述埋入氧化层之间的界面；
所述STI隔离区上方设有适于用作金属互连线的金属层；
所述STI隔离区包括沟槽、沟槽填充氧化物，所述沟槽的表面与沟槽填充氧化物之间设有接地的导电层；
所述金属层与所述STI隔离区之间设有介质层。
可选的，所述金属层在所述绝缘体上硅衬底上的投影面积小于所述STI隔离区的沟槽的开口面积。
可选的，所述导电层上设有填充有导电金属的通孔，所述通孔连接第二金属层，所述第二金属层接地。
可选的，所述导电层的材料为钛、氮化钛、铝、铝的合金、铜、铜的合金、掺杂硅、硅的金属化物中的一种。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
通过在绝缘体上硅器件的内部设置一用作屏蔽层的导电层，使集成电路中层间金属层与硅基板之间构成的非线性可变寄生电容变为恒定寄生电容，从而使用于射频设备中的绝缘体上硅器件仍旧在线性射频信号下工作，符合射频设备的使用要求。
另外，通过使绝缘体上硅衬底中STI隔离区的底部延伸至硅基板与埋入氧化层之间的界面，使构成寄生电容的两极板之间的距离增大，减小绝缘体上硅器件中产生的寄生电容，寄生电容越小，其阻抗越大，射频信号越难从寄生电容泄露，从而对射频设备电路的影响越小。
附图说明
图1是一种常规的绝缘体上硅器件示意图。
图2是本发明提供的绝缘体上硅器件在实施例一中的结构示意图。
图3是本发明提供的绝缘体上硅器件在实施例二中的结构示意图。
具体实施方式
本发明的目的在于提供一种绝缘体上硅器件，其内部结构中层间金属层与硅基板之间构成的寄生电容是一恒定电容，线性的射频信号从该寄生电容泄露后，用于射频设备的绝缘体上硅器件在线性射频信号下工作，符合射频设备的使用要求。本发明的目的还在于提供另一种绝缘体上硅器件，除了具备上述优点外，该器件还可以减小绝缘体上硅器件内部形成的寄生电容，增大寄生电容的阻抗，使射频信号很难从该寄生电容泄露，从而减少寄生电容对射频设备造成的影响。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。
实施例一：
如图2所示，绝缘体上硅器件包括绝缘体上硅衬底20，绝缘体上硅衬底20包括硅基板21、形成于硅基板21上的埋入氧化层22、形成于埋入氧化层22上的硅层23，硅层23可用于形成各种半导体器件。其中，硅层23上形成有晶体管的源区231、漏区232及用于隔绝源区231与漏区232的STI隔离区233。源区231、漏区232是绝缘体上硅器件中两个不同晶体管的源区或漏区。STI隔离区233的上方设有适于用作金属互连线的金属层24，以提供绝缘体上硅器件的电学通道，金属层24会通过填充有导电金属的通孔(未图示)等结构连接至晶体管的源区或漏区或位于不同层间的金属层。STI隔离区233上覆盖有导电层26，即STI隔离区233上表面(图中所示方向)形成有导电层26。金属层24与硅衬底20之间设有介质层，即金属层24与导电层26之间也设有介质层25。
导电层26接地可以通过以下结构实现：导电层26上设有填充有导电金属的通孔27，通孔27与第二金属层28连接，第二金属层28接地，上述结构可通过现有的金属互连工艺形成；绝缘体上硅衬底20可用注氧隔离法(SIMOX)或智能剥离法(Smart-cut)方法形成；STI隔离区233可用现有的浅STI隔离区隔离(STI)技术形成；导电层26的材料为钛(Ti)或氮化钛(TiN)、铝(AL)、铝的合金、铜(Cu)、铜的合金、掺杂硅、硅的金属化物中的一种。
在具体的射频应用中，金属层24可通过钨塞或器件中的其他金属互连线连接至焊盘，外部驱动电路通过焊盘给绝缘体上硅器件施加射频信号。
需说明的是，在实际制作中，如图2所示，导电层26两端与源区231、漏区232接触的区域会设置绝缘物质以将两者隔离。
上述绝缘体上硅器件结构中，导电层26用作屏蔽层，从而使金属层24与硅基板21之间不能构成非线性可变寄生电容，代替的，金属层24与导电层26之间构成寄生电容，由于导电层26接地，即使射频设备中的射频信号发生变化，寄生电容仍为一恒定电容，这样即使射频信号中的一部分从该寄生电容泄露，用于射频设备工作电路的射频信号仍是线性的射频信号，符合射频设备的使用要求。
实施例二：
如图3所示，绝缘体上硅器件包括绝缘体上硅衬底20，绝缘体上硅衬底20包括硅基板21、形成于硅基板21上的埋入氧化层22、形成于埋入氧化层22上的硅层23，硅层23可用于形成各种器件。具体的，硅层23上形成有包括源区231、漏区232及用于隔绝源区231与漏区232的STI隔离区233。源区231、漏区232是绝缘体上硅器件中两个不同晶体管的源区或漏区，STI隔离区233是利用常规的浅沟槽隔离工艺形成，包括形成在绝缘体上硅衬底20内的沟槽、沟槽填充氧化物，该沟槽填充氧化物可以是氧化硅。STI隔离区233的底部延伸至硅基板21与埋入氧化层22之间的界面，即硅基板21的上表面(图中所示方向)。STI隔离区233的沟槽表面(包括沟槽的侧壁和底部)与沟槽填充氧化物之间设有接地的导电层26。STI隔离区233的上方设有适于用作金属互连线的金属层24，以提供绝缘体上硅器件的电学通道，金属层24会通过填充有导电金属的通孔(未图示)等结构连接至晶体管的源区或漏区或位于不同层间的金属层。金属层24与硅衬底20之间设有介质层，即金属层24与导电层26之间也设有介质层25。
其中，导电层26接地可以通过以下结构实现：导电层26上设有填充有导电金属的通孔27，通孔27与第二金属层28连接，第二金属层28接地，上述结构可通过现有的金属互连工艺形成；绝缘体上硅衬底20可用注氧隔离法(SIMOX)或智能剥离法(Smart-cut)方法形成；导电层26的材料为钛(Ti)或氮化钛(TiN)、铝(Al)、铝的合金、铜(Cu)、铜的合金、掺杂硅、硅的金属化物中的一种。
进一步地，为了使导电层26的两端(图3中左右两端)与位于导电层26正上方的金属层24之间不产生额外的寄生电容，可使STI隔离区233的沟槽的开口面积大于导电层26在绝缘体上硅衬底20上的投影面积，这样导电层26两端的部分不会与金属层24再产生寄生电容。
需说明的是，在实际制作中，如图3所示，导电层26两端与源区231、漏区232接触的区域会设置绝缘物质以将两者隔离。
实例例二中绝缘体上硅器件的结构类似于实施例一中绝缘体上硅器件的结构，除具备实施例一中器件的优点外，由于STI隔离区233的深度增大，相当于寄生电容两极板之间的距离增大，因此该寄生电容减小，寄生电容越小，其阻抗越大，射频设备中的射频信号越不容易从该寄生电容泄露，从而减少对射频设备电路造成的影响。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (4)

1.一种绝缘体上硅器件，其特征在于，包括：
绝缘体上硅衬底(20)，包括硅基板(21)、形成于所述硅基板(21)上的埋入氧化层(22)、形成于所述埋入氧化层(22)上的硅层(23)，所述硅层(23)上设有源区(231)、漏区(232)及用于隔绝所述源区(231)、漏区(232)的STI隔离区(233)，所述STI隔离区(233)的底部延伸至所述硅基板(21)与所述埋入氧化层(22)之间的界面；
所述STI隔离区(233)上方设有适于用作金属互连线的金属层(24)；
所述STI隔离区(233)包括沟槽、沟槽填充氧化物，所述沟槽的表面与沟槽填充氧化物之间设有接地的导电层(26)，所述导电层(26)与源区(231)、漏区(232)接触的区域设置有绝缘物质；
所述金属层(24)与所述STI隔离区(233)之间设有介质层(25)。
2.根据权利要求1所述的绝缘体上硅器件，其特征在于，所述金属层(24)在所述绝缘体上硅衬底(20)上的投影面积小于所述STI隔离区(233)的沟槽的开口面积。
3.根据权利要求1所述的绝缘体上硅器件，其特征在于，所述导电层(26)上设有填充有导电金属的通孔(27)，所述通孔(27)连接第二金属层(28)，所述第二金属层(28)接地。
4.根据权利要求1所述的绝缘体上硅器件，其特征在于，所述导电层(26)的材料为钛、氮化钛、铝、铝的合金、铜、铜的合金、掺杂硅、硅的金属化物中的一种。
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